電力電子系列實(shí)驗(yàn)-1203P60開關(guān)電源設(shè)計(jì)VER10

1、電力電子系列實(shí)驗(yàn)主講人：孫凱主講人：孫凱電電 話：話_mial：本課程的目的：o掌握單端反激式開關(guān)電源的原理；o掌握PWM控制器UC3843的原理及其外圍電路的設(shè)計(jì)方法；o掌握PWM控制器1203P60的原理及其外圍電路的設(shè)計(jì)方法；o掌握功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路的原理及其設(shè)計(jì)方法；o掌握開關(guān)電源的原理、元器件選型、外圍電路設(shè)計(jì)方法；參考文獻(xiàn)：（1）沙占友，新型單片開關(guān)電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，2004。（2）楊承豐，開關(guān)電源，1987 。（3）胡存生，胡鵬，集成開關(guān)電源的設(shè)計(jì)制作調(diào)試與維修，1995。 （4）慕丕勛，馮桂林，開關(guān)穩(wěn)壓電源原理與實(shí)用技術(shù)，科

2、學(xué)出版社，2005。 （5）Beston Sensors，瞬態(tài)電壓抑制器TVS （6）劉勝利，現(xiàn)代高頻開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)，2001。 （7）姜德來，張曉峰，呂征宇。一種有效的反激鉗位電路設(shè)計(jì)方法J。電源技術(shù)應(yīng)用，2005， （8）徐德鴻，沈旭，周鄧燕，開關(guān)電源設(shè)計(jì)指南（原書第二版），機(jī)械工業(yè)出版社，2006 。（9）常敏慧等編著，開關(guān)電源應(yīng)用、設(shè)計(jì)與維修，2000。（10）Sanjaya Maniktala著，王志強(qiáng)譯，精通開關(guān)電源設(shè)計(jì)，人民郵電出版社，2008。 （11）張廷鵬，吳鐵軍，徐明，張生舟，通信用高頻開關(guān)電源人民郵電出版社，2008。（12）張占松 蔡宣三編著。開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì)

3、（修訂版）。1.開關(guān)電源的技術(shù)指標(biāo)：o繞組數(shù)量：10個(gè)（1）繞組 ：初級繞組；（2）繞組 ：自饋繞組16V/20mA；（3）繞組 ：輸出繞組 15V/0.5A；（4）繞組 ：輸出繞組20V/0.5A；（5）繞組 ：輸出繞組20V/0.5A；priNfeedbackN15N20N20N（6）繞組 ：輸出繞組20V/0.5A；（7）繞組 ：輸出繞組20V/0.5A；（8）繞組 ：輸出繞組5V/1A；（9）繞組 ：輸出繞組15V/0.5A；20N20N5N15No開關(guān)電源的輸出功率：16*0.022*15*0.54*20*0.55*1 15*0.567.82outPWo開關(guān)電源的效率：0.8o開關(guān)電

4、源的輸入功率：67.8284.885W80%0.8outinPWPWo開關(guān)電源的頻率：o額定輸入直流電壓：o最小輸入直流電壓：o最大輸入直流電壓：(nom)72VDCinV(min)40VDCinV(max)85VDCinV40kHzf =o輸入平均電流（即額定輸入電流）： 851.18 DC7272ininPWIAo最大平均輸入電流 (max)(min)852.125 DC40inininPWIAVo最小平均輸入電流 (min)(max)851ADC85VinininPWIVo輸入電壓的紋波對于交流離線式變換器，輸入紋波電壓一般設(shè)計(jì)為輸入交流電壓峰值的5%8%。對于DC-DC變換器紋波電壓峰

5、峰值設(shè)計(jì)為0.10.5V。 2. 輸入整流部分的設(shè)計(jì)o整流電路的原理圖：整流電路主要的數(shù)量關(guān)系整流電路主要的數(shù)量關(guān)系o輸出電壓平均值：（1）空載時(shí)，（2）重載時(shí)，d2U2Ud2U0.9U整流電路主要的數(shù)量關(guān)系整流電路主要的數(shù)量關(guān)系o電流平均值：（1）輸出電流平均值：（2）二極管電流平均值：dRUIRdRIIdRVDIII=22整流電路主要的數(shù)量關(guān)系整流電路主要的數(shù)量關(guān)系o二極管承受的最大反向電壓：o輸入交流電壓額定值：220VACo輸入交流電壓最大值：260VACo輸入交流電壓最小值：180VAC22U輸入整流器的組成部分：oEMI濾波器；o啟動(dòng)浪涌電流抑制器；o浪涌電壓抑制器；o電容濾波的單

6、相橋式不可控整流電路；o輸入濾波電容；輸入整流器的組成部分：輸入濾波器：o凡是接在交流電網(wǎng)與開關(guān)電源輸入之間的濾波設(shè)備都叫輸入濾波，其主要作用是抑制開關(guān)電源本身對交流電網(wǎng)的反干擾，同時(shí)也抑制交流電源中的高頻干擾串入開關(guān)電源。輸入濾波一般是由低通濾波與共模扼流圈等元件組成。具有電容C和共模扼流圈所組成的輸入濾波電路 o上圖中，C為高頻旁路電容，一般為0.01uF0.1uF的高頻濾波電容，抑制輸入電壓中的高頻成分，而對工頻電壓沒有影響?？紤]到開關(guān)電源在開關(guān)管關(guān)斷時(shí)會產(chǎn)生尖峰電壓，故電容C在選用時(shí)應(yīng)注意其耐壓應(yīng)為二倍電源電壓峰值以上的無感電容，其連線要盡可能短。oL1和L2是繞在同一閉路磁環(huán)中的兩個(gè)

7、匝數(shù)相同，在同名端輸入一同向電流，產(chǎn)生相同磁通的線圈。oL1和L2采用無氣隙高頻特性良好的磁心材料，L1和L2用雙線并繞方法，而且適當(dāng)加大匝間距離，以減小分布電容，提高頻率特性。oL1和L2主要吸收共模噪聲。當(dāng)輸電網(wǎng)中有共模噪聲時(shí)，這種方向相同的縱向噪聲電流If，這時(shí)兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通f順向串聯(lián)磁通相加，電感呈現(xiàn)出高阻抗，阻止共態(tài)噪聲進(jìn)入開關(guān)電源，同時(shí)特阻止了開關(guān)電源內(nèi)所產(chǎn)生的噪聲向公共電網(wǎng)擴(kuò)散，以避免污染交流電網(wǎng)。對于工頻電源I1來說為一進(jìn)一出，L1和L2產(chǎn)生的磁通為反向串聯(lián)磁通相減感抗為零，故毫無影響。啟動(dòng)浪涌電流抑制器：o負(fù)熱敏電阻，即負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻，或NTC電阻。o使用NTC電阻的

8、開關(guān)電源，在每次關(guān)機(jī)后不要馬上開機(jī)，最好等一分鐘以后再開機(jī)，只有等NTC電阻溫度降下來后，它的阻值才能上去，再次開機(jī)才能起限流作用。 o輸入電容Cin的輸入電流峰值一般為輸入電流的35倍，所以NTC的電阻值必須滿足o為了降低損耗，NTC的阻值越小越好，一般取612歐姆。max(3 5)intinVRI浪涌電壓抑制器o使用雙向TVS管抑制浪涌電壓。oTVS管即瞬態(tài)電壓抑制器。輸入濾波電容Cin：o輸入濾波電容的ESR值越小，則濾波電壓的紋波越小，濾波效果越好。oESR即等效串聯(lián)電阻。它表示電解電容呈現(xiàn)的電阻值的總合。一般情況下，ESR值越低的電容，性能越好。o對于輸入濾波電容，首先要確定電源直流

9、輸入端能承受多大的電壓紋波。要想電壓紋波小，輸入電容就要大，這樣上電時(shí)的浪涌電流也更大。濾波電容的選擇有三個(gè)方面的考慮：滿足期望的電壓紋波，電容的額定電壓，電容的額定紋波電流。o對于交流離線式變換器，輸入紋波電壓一般設(shè)計(jì)為輸入交流電壓峰值的5%8%。對于DC-DC變換器紋波電壓峰峰值設(shè)計(jì)為0.10.5V。o輸入電壓較寬時(shí)，一般取比例系數(shù)3uF/W，即每瓦輸出功率對應(yīng)3uF的電容量。o如果輸入電壓比較穩(wěn)定（如蓄電池輸入），一般取比例系數(shù)1uF/W，即每瓦輸出功率對應(yīng)1uF的電容量。輸入濾波電容的計(jì)算公式：in(av)in2inin(max)ripple(p p)0.3PCf VVininripp

10、le(p-p)fVV交流入的最小率交流入的最小值入波容上想要得到的波峰峰值輸電壓頻輸電壓輸濾電電壓紋o為了降低輸入電壓紋波，一般把輸入電容濾波電容用多個(gè)并聯(lián)使用，以降低電容的ESR值。o輸入濾波電容上還要并上一個(gè)或兩個(gè)陶瓷電容（約0.1uF），以吸收紋波電流的高頻分量。o輸入濾波電容和與之并聯(lián)的高頻濾波電容的額定電壓UW一般為：（1）對于交流離線式變換器：（2）對于DC-DC變換器：AC()U1.8WinRMSVDC(max)U1.5WinV輸入整流器參數(shù)計(jì)算：o在選擇整流器時(shí)，設(shè)計(jì)者必須要查對下面一些重要參數(shù)：（1）最大正向整流電流這個(gè)參數(shù)主要根據(jù)開關(guān)電源設(shè)計(jì)的輸出功率決定。（2）峰值反向截

11、止電壓(PIV)由于整流器工作在高電壓的環(huán)境，所以它們必須有較高的PIV值。對單相橋式整流電路而言，一般應(yīng)在600V以上。（3）要有能承受高的浪涌電流的能力。浪涌電流是由開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的峰值電流所產(chǎn)生的。o輸入整流二極管一般采用普通的整流二極管，如1N400X系列的整流二極管。o最小的二極管等級要符合下面的條件：R2(max)Fd(max)FSMFU2UI1.5II5Io典型應(yīng)用如下：（1）如果電流1A，選1N400X（2）如果電流1.5A，選1N539X（3）如果電流3A，選1N540X（4）如果電流6A，選MR75X常用整流二極管：o1N4001、 1N4002、 1N4003、 1N400

12、4、 1N4005、 1N4006、 1N4007o1N5400、 1N5401、 1N5402、 1N5404、 1N5406、 1N5407、 1N54083.單端反激式開關(guān)電源的原理4.高頻變壓器的設(shè)計(jì)o開關(guān)電源 “黑箱”考慮o“黑箱”參數(shù)估計(jì)（1）輸出電壓；（2）輸出功率；（3）電源效率；（4）輸入功率；（5）平均輸入電流：in(nom)ininPIV（6）最大的平均輸入電流：計(jì)算最大平均輸入電流的目的是為確定變壓器初級繞組導(dǎo)線的尺寸（指線徑、粗細(xì)）提供依據(jù)。(max)(min)inininPIV（7）輸入峰值電流計(jì)算輸入峰值電流（即變壓器初級繞組的峰值電流）是為了計(jì)算初級繞組電感量，

13、進(jìn)而計(jì)算初級繞組匝數(shù)。outpkin(min)kPIVoutpkin(min)kPIV(1)k1.4,Buck(2)k2.8,(3)k5.5,BoostBuckBoost于路、全路和推挽路;于半路和正激式路;于路、路和反激式路;對電橋電電對橋電電對電電電輸入峰值電流也可以按照下式計(jì)算：(min)max(min)max245% 50%outPkininPIVV最小入直流最大占空比，一般輸電壓為（8）最大占空比max45% 50%最大占空比，一般為（9）開關(guān)頻率：（10）變壓器初級繞組反激電壓 變壓器初級的反激電壓也稱為尖峰電壓。 40kHzf =ORmax1inPVVV為了限制MOSFET的集電

14、極安全電壓，一般取最大占空比為：max45%變壓器初級繞組的反激電壓也可以按照下式計(jì)算：ORin(max)(1.52)PVVV（11）選擇開關(guān)電源開關(guān)管（一般為MOSFET）。DpkDSSpVVIIo變壓器的基本關(guān)系式ppssspNVINVIo磁滯回線每種磁性材料被磁化時(shí)，都會有一種S形的特性曲線，稱之為磁滯回線。用畫在BH座標(biāo)上的曲線來表示。它說明了磁性材料被完全磁化和完全去磁這一周期的變化。在磁場中，某一點(diǎn)的磁通集中的程度，稱為該點(diǎn)的磁通密度或磁感應(yīng)強(qiáng)度，用B表示。磁通密度的單位為特斯拉（用符號T表示）或高斯（用符號G表示）， 1T=10000G。另一方面，產(chǎn)生磁通的磁力稱為磁場強(qiáng)度，用符

15、號H表示，其單位是安米，用A/m表示。磁場強(qiáng)度用下面的公式表示：i0.4N IHL上式中，N為線圈匝數(shù)；I為線圈電流；Li為磁芯的長度。下圖表示了一個(gè)不帶空氣隙的鐵氧體磁芯的磁滯回線（又稱BH曲線）。o在曲線圖中，如果我們以曲線的a點(diǎn)為起點(diǎn)，在此點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是正向的最大值Bmax。當(dāng)?shù)竭_(dá)b點(diǎn)時(shí)，它的磁感應(yīng)強(qiáng)度為零。再下降到c點(diǎn)，即達(dá)到了磁感應(yīng)強(qiáng)度的負(fù)方向的最大值，再通過磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的d點(diǎn)，又回到了原始a點(diǎn)。這樣，就得到了一個(gè)完整的S型的磁化周期。o 從上圖的B-H曲線看出，Bmax是Hmax達(dá)到了定值的點(diǎn)，在此點(diǎn)，即使磁場強(qiáng)度H再增加， Bmax也不再增加了。在這點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度的值被稱為飽和

16、點(diǎn)，用符號Bsat表示。 o如果我們在磁芯中開一個(gè)氣隙，將建立起一個(gè)混合的磁通通路，它將增大磁通的有效長度。o對于一個(gè)給定的安培-匝數(shù)的乘積（NI），帶空氣隙的磁芯通密度要比沒有空氣隙的磁芯的磁通密度小，也就是說，帶有空氣隙的磁芯的Bsat比不帶空氣隙的磁芯的Bsat要小。因此，引入空氣隙就等于給磁滯回線一個(gè)“斜角”，如圖所示。o從上圖中可見，在高磁場強(qiáng)度處，減少了磁芯飽和的可能性，與不帶空氣隙的磁滯回線相比，由于增加了空氣隙磁道，磁滯回線在B的方向上被“壓扁”了，也就是說，減小了Bsat的值。o大多數(shù)磁芯生產(chǎn)廠家都用標(biāo)準(zhǔn)的磁化曲線來描述他們的磁性材料的特性，如下圖所示。o一般情況下，開關(guān)電源

17、變壓器的設(shè)計(jì)者選擇Bmax的原則是要保證它在B-H特性曲線的線性工作區(qū)工作。一般取Bmax=Bsat/2o為了防止磁芯飽和，一般采取給磁芯加氣隙的措施。當(dāng)然，也可以采用更大的磁芯（在磁芯材料及形狀相同的條件下，磁芯尺寸越大，其磁感應(yīng)強(qiáng)度的飽和值Bsat越大）。 o一般不采取增大磁芯尺寸的辦法來增大Bsat，防止磁芯飽和。EE磁芯：EE磁芯及其骨架：EE磁芯及其骨架：EE磁芯及其骨架：EE磁芯及其骨架：ETD磁芯：ETD磁芯及其骨架：ETD磁芯及其骨架：立式磁芯骨架立式磁芯骨架臥式磁芯骨架臥式磁芯骨架ETD磁芯及其骨架：T磁芯：o計(jì)算初級繞組最小電感Lpri 。初級繞組電感用于存儲輸出功率。in

18、(min)maxpripkVLIfoLpri這個(gè)電感值是在最小輸入工作電壓時(shí)，開關(guān)電源依然能夠達(dá)到額定輸出電壓所允許的最小電感值。 o在每個(gè)開關(guān)管導(dǎo)通的每個(gè)周期中，存儲在磁芯的能量為：2storedpri pk1EL I2o要驗(yàn)證變壓器最大連續(xù)輸出功率能否滿足負(fù)載所需的最大功率，可以使用下式： 2in(core)pri pkout1PL I fP2o計(jì)算磁芯氣隙 ：2pripkgap2emax0.4LIlA BgaplpriLpkIeAmaxB的單位是厘米，單位為H單位為A， （磁芯有效截面積）單位為平方厘米，單位為特斯拉T，Bmax=Bsat/2o計(jì)算初級繞組匝數(shù) 4max gappripk

19、(B)10N0.4 Il=gaplpkImaxB式中，的單位是cm，單位為A，單位為T。也可以用下面的公式計(jì)算初級繞組匝數(shù)，結(jié)果和上式基本相同。 priLpkIeA2cmmaxB式中，的單位是H，單位為A，（磁芯有效截面積）單位為單位為T。4pri pkpriemax(L I )10NA B=o計(jì)算次級繞組匝數(shù)priout(n)fwd(n)maxout(n)in(min)maxN(VV)(1)NVNout(n)是第n個(gè)次級繞組的匝數(shù)；Vout(n)是第n個(gè)次級繞組的輸出電壓；Vfwd(n)是第n個(gè)次級繞組的輸出整流器的電壓降；輸出整流器一般為輸出整流二極管加輸出濾波電感的方式，輸出整流器的電壓

20、降為：fwdVVV整流二極管正向降波感正向降濾電壓o輸出濾波電感的正向壓降一般為0.2V，即o當(dāng)然，如果沒有輸出濾波電感，則V0.2v波感正向降濾電壓V0v波感正向降濾電壓o整流二極管的正向壓降根據(jù)二極管型號的不同而不同，一般為0.5V1V之間，需要查閱說明書。o在計(jì)算匝數(shù)時(shí)，如果有小數(shù)則進(jìn)位上去，而不是四舍五入。選擇變壓器繞組的線徑 o歐洲國家常用“圓密耳”（Circular Mil，縮寫為cmil）作為導(dǎo)線橫截面積的單位，并以“圓密耳/A”（cmil/A）表示導(dǎo)線容量CA的單位。o1密耳=0.001英寸=0.0254mm，即1mil=0.001inch=0.0254mm。o1圓密耳就是直徑

21、為1密耳的圓的面積，即2420.0254mm11cmil()25.06 10 mm密耳=圓21mm1976密耳=圓o在國際單位制中，則以電流密度J（單位是A/mm2）來表示導(dǎo)線在每平方毫米面積上所允許的電流值（指電流有效值）。電流密度J與電流容量CA的換算公式為：A1976JCA1976CJo例1：已知導(dǎo)線的電流容量CA=400cmil/A，則其電流密度J=1976/400=4.94A/mm2，取5A/mm2。o例2：已知導(dǎo)線電流有效值為4.15A，取電流密度為400cmil/A，則該電流所需的導(dǎo)線為：（400cmil/A）*4.15A=1660 cmil又 ，所以421 cmil5.06 1

22、0 mm4221660 5.06 10 mm0.83996mm所以，導(dǎo)線截面積直徑為： 0.83996 41.03mmo例3：已知導(dǎo)線電流有效值為4.15A，取電流密度為5A/mm2，則4.15A所需導(dǎo)線的橫截面積為：224.15A0.83mm5A/mm導(dǎo)線的直徑為： 0.83 41.03mmo“圓密耳”的意義是“每安培電流（指電流有效值）所需要的導(dǎo)線橫截面積數(shù)”，圓密耳值越大，導(dǎo)線的電流密度越小。o根據(jù)應(yīng)用指南或經(jīng)驗(yàn)法則，反激變換器電流密度（指電流有效值）一般取400cmil/A，即5A/mm2。1.5A下面的0.002945意思是就是取電流密度J=1.5A/mm時(shí)，那么直徑=0.05mm銅

23、線的工作電流為0.002945A。 o選擇變壓器自饋繞組的線徑 ：自饋繞組上的電流很小，一般小于10mA，對其繞組的線徑要求不嚴(yán)，一般最小的線徑就可以滿足要求。 o變壓器的磁芯介紹（1）開關(guān)電源變壓器磁芯的形狀一般為EE型；（2）開關(guān)電源磁芯的廠商有：日本TDK磁芯，中國天通磁芯。（3）磁芯還需要骨架。o確定磁芯尺寸或窗口面積：（1）采用窗口面積法計(jì)算所需的窗口或所需要的磁芯，具體的計(jì)算方法請參考文獻(xiàn)12。（2）一般采用經(jīng)驗(yàn)法，如下表：高頻變壓器的繞制o開關(guān)電源變壓器的物理繞制方法很重要，它會使得電源的性能差別很大。好的繞制方法可以使電源性能變得非常好，反之也可以使得電源噪聲很大，性能變差。開

24、關(guān)電源變壓器與工頻變壓器相比，設(shè)計(jì)要求更為苛刻。o變壓器的繞制，主要考慮三個(gè)方面的因素考慮：（1）電源是否否符合所有的安全規(guī)范。（2）繞組之間耦合要好。（3）所有繞組的漏感要小。o這些因素有些是互相影響的，所以需要采取折中辦法。（1）繞組符合安全規(guī)范：o如果開關(guān)電源的輸入電壓峰值高于40V，就要受到一個(gè)或多個(gè)國際安全規(guī)程組織所制定的規(guī)范約束。國際電工委員會（IEC）是這些標(biāo)準(zhǔn)的主要制定者。各國也有自己的安全規(guī)程或設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。o在每個(gè)國家，不同市場也有不同的標(biāo)準(zhǔn)。如：工業(yè)用開關(guān)電壓和軍用開關(guān)電源，電信用開關(guān)與醫(yī)療用開關(guān)電源就有不同的安全規(guī)范。所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，就要確定開關(guān)電源的應(yīng)用對象及其安全規(guī)

25、范要求。 o在“離線式”或輸入交流電壓90260V的開關(guān)電源中，通常使用的磁芯是EE磁芯或者從EE磁芯派生出來的一些磁芯。這些磁芯都有骨架，這使得繞制他們比較容易。o安全規(guī)范對變壓器結(jié)構(gòu)的要求是：爬電距離或者輸入繞組和輸出繞組表面的距離不能小于4mm。為了滿足這個(gè)要求，變壓器制造者可以在骨架中繞線區(qū)的兩端放置2mm的絕緣帶，把繞線繞在邊沿的絕緣帶中間。這些邊沿的絕緣帶在絕緣的繞組之間總共增加了4mm的距離。o什么是爬電距離？o兩個(gè)導(dǎo)電部件之間，或一個(gè)導(dǎo)電部件與設(shè)備及易接觸表面之間沿絕緣材料表面測量的最短空間距離。沿絕緣表面放電的距離即泄漏距離也稱爬電距離，簡稱爬距。常見的符合IEC標(biāo)準(zhǔn)的變壓器

26、如下圖所示o額外增加的絕緣帶、絕緣套管等使得變壓器的體積增大，成本也增加。這些都需要手工操作，需要花費(fèi)更多的時(shí)間。o常用的變壓器一般采用普通的漆包線作為繞組。使用普通漆包線時(shí)，必須確保爬電距離（4mm），使用絕緣帶、絕緣套管。o為了減小變壓器的體積，減小繞制的工作量，加快繞制速度，變壓器繞組的導(dǎo)線可以采用三層絕緣導(dǎo)線。o三層絕緣導(dǎo)線有三層絕緣材料，所以絕緣性能比普通漆包線好的多。o使用三層絕緣導(dǎo)線可以減小爬電距離，繞組可以緊挨著骨架的邊沿，即可以省略圖3-24中為預(yù)留4mm爬電距離而使用的厚絕緣膠帶。此外，變壓器繞組之間也可以不用聚酯薄膜帶，繞組之間可以直接貼在一起。o采用三層絕緣導(dǎo)線的變壓器

27、結(jié)構(gòu)o與骨架邊帶厚絕緣膠帶的方法相比，用三層絕緣導(dǎo)線可以減小變壓器的體積和漏感。變壓器的漏感：o理想的變壓器初級繞組產(chǎn)生的磁通應(yīng)該全部穿過次級繞組，即初級繞組的能量完全傳送到次級繞組（或耦合到次級繞組），沒有任何損失和泄漏。但是實(shí)際上變壓器不可能沒有任何泄漏，變壓器初級繞組的能量不能完全傳送到次級繞組。變壓器的漏感：o變壓器初級繞組產(chǎn)生的磁通不能全部穿過次級繞組（或耦合到次級繞組）。在存在磁通泄漏的情況下，變壓器泄漏出去的磁通就會在繞組或?qū)w中產(chǎn)生一個(gè)附加的電感，這種電感稱之為“漏感”。o漏感就像一個(gè)獨(dú)立串聯(lián)在初級繞組上的電感。變壓器的漏感：o漏感是指原級線圈所產(chǎn)生的磁力線不能都通過次級線圈，

28、因此產(chǎn)生漏磁的電感。o變壓器的漏感是指，變壓器初級繞組和磁芯在電流的作用下產(chǎn)生的磁力線在向次級耦合的過程中，部分磁力線由于結(jié)構(gòu)材料等的原因飛出了電-磁-電回路，造成了電磁能量的損失。變壓器的漏感：o漏感太大將導(dǎo)致變壓器的電磁耦合能力下降，也就是能量傳輸能力下降。在閉環(huán)回路中，由于漏感太大導(dǎo)致的次級能量不足反饋到初級電流的不斷增大會導(dǎo)致變壓器的飽和。當(dāng)然初級有電流保護(hù)的情況，變壓器應(yīng)該不會飽和。變壓器的漏感o開關(guān)電源變壓器一般可以等效成下圖所示電路。在下圖，Ls為漏感，也可稱為分布電感，Cs為分布電容， R為等效負(fù)載電阻。其中分布電容Cs還應(yīng)該包括次級線圈等效到初級線圈一側(cè)的分布電容，即次級線圈

29、的分布電容也可以等效到初級線圈回路中。開關(guān)電源等效電路圖開關(guān)電源等效電路圖變壓器的漏感：o由于漏感Ls的存在，增大了變壓器初級繞組的反激電壓，即開關(guān)管Q1關(guān)斷時(shí)，變壓器初級繞組的反激電壓增大了。漏感越大，則變壓器初級繞組承受的反激電壓越大。變壓器的漏感：o分布電感Ls和分布電容Cs可以看成是一個(gè)串聯(lián)振蕩回路，當(dāng)開關(guān)管Q1開始導(dǎo)通的時(shí)候，振蕩回路開始吸收能量，輸入電壓對Ls和Cs進(jìn)行充電，此時(shí)，振蕩回路會抑制輸入電流上升率的增長；o當(dāng)開關(guān)管Q1完全導(dǎo)通以后，脈沖進(jìn)入平頂階段，相當(dāng)于輸入脈沖電壓的上升率為0，此時(shí)，振蕩回路開始釋放能量，振蕩回路產(chǎn)生阻尼振蕩。o當(dāng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通過后，開關(guān)管開始關(guān)斷，

30、振蕩回路又開始再次釋放能量，振蕩回路再次產(chǎn)生阻尼振蕩。o由于變壓器漏感和寄生電容引起的阻尼振蕩現(xiàn)象稱為“振鈴現(xiàn)象”。o開關(guān)電源關(guān)斷時(shí)刻的尖峰電壓波形（2）減小變壓器漏感o任何變壓器都存在漏感，開關(guān)變壓器的漏感對開關(guān)電源的影響很大。由于開關(guān)電源漏感的存在，當(dāng)開關(guān)管斷開時(shí)瞬間產(chǎn)生反電勢，容易把開關(guān)管擊穿；漏感還可以與分布電容組成振蕩回路，使得開關(guān)電源產(chǎn)生“振鈴現(xiàn)象”，使得開關(guān)電源產(chǎn)生振蕩并向外輻射電磁能量，造成電磁干擾。o漏感的大小與繞組砸數(shù)的平方成正比，因此減少繞組砸數(shù)可以明顯的減小漏感，也就減小了初級繞組的反激電壓，也有利于減少“振鈴現(xiàn)象”。o但是對一個(gè)確定的開關(guān)電源來說，繞組砸數(shù)不可能無限制

31、無條件的減少，因此單純依靠減少繞組砸數(shù)來減小漏感不現(xiàn)實(shí)。o減小漏感的另外一種方法是增加繞組之間的耦合程度，也就是繞組之間排列的更緊密一些。但是繞組之間更為緊密的排列容易造成絕緣問題。o減小漏感可以采用多線繞組的方法，即把兩根或多根導(dǎo)線放在一起繞，導(dǎo)線之間并不絞在一起。o減小漏感最常用的方法是采用“三明治”繞制方法，如下圖所示。o另外，還要減小匝間分布電容。采用累進(jìn)式繞制方法可以更好的減小匝間分布電容。o減小匝間分布電容的繞制方法如下圖所示。5.輸出級的設(shè)計(jì)o輸出級結(jié)構(gòu)：o輸出整流二極管 o在開關(guān)電源中，所需的整流二極管必須具有正向壓降低、快速恢復(fù)的特點(diǎn)，還應(yīng)具有足夠的輸出功率。普通的PN結(jié)二極

32、管不適于作為開關(guān)使用。主要是因?yàn)樗鼈兓謴?fù)得慢，并且效率也低。 o在開關(guān)電源中，可以使用以下三種類型的整流二極管： o快速恢復(fù)二極管；o超快恢復(fù)二極管；o肖特基整流二極管；o肖特基整流二極管的正向壓降最小，一般0.3V0.6V，效率最高。o肖特基勢壘整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般小于10ns。o因此，肖特基勢壘整流二極管是首選的整流二極管。但是，肖特基勢壘整流二極管的耐壓值不高，一般只有40V50V，因此肖特基勢壘整流二極管只能應(yīng)用于輸出電壓低于15V的場合。o快速恢復(fù)二極管和超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間更短，一般為ns級，其正向壓降一半為0.8V1.1V，而超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間最短。當(dāng)輸

33、出整流二極管承受的反向電壓超過肖特基勢壘整流二極管耐壓時(shí)，要選用超快恢復(fù)二極管。o在任何開關(guān)電源的輸出電路設(shè)計(jì)中，都應(yīng)嚴(yán)格選擇整流二極管的反向截止電壓和正向電流。輸出整流二極管必須滿足： RM(BR)SFOMU2UI3Io式中，輸出整流二極管的最大反向峰值電壓由下式確定：o式中，U0為輸出電壓；IOM為額定輸出電流。S(BR)S0in(max)PNUUVNo另外必須注意，在選擇輸出整流二極管時(shí)，其反向恢復(fù)時(shí)間參數(shù)trr至少比開關(guān)管（如mosfet）的上升時(shí)間低三倍。UC3842及其外圍電路UC3842及其外圍電路1248776535o啟動(dòng)電壓及工作電壓：16Vo振蕩頻率：40kHz1.8TTf

34、R C單位：f Hz；RT； CTF；oRC振蕩器的鋸齒波波形：o選擇RT和 CT的注意事項(xiàng)：oRT和 CT的選擇不是任意的。o只要RT和 CT的乘積為某一固定值， RT和 CT的各種組合都可以得到同樣的振蕩頻率，但是在給定振蕩頻率下，只有一種RT和 CT的組合。o誤差放大器的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)：誤差放大器的1腳和2腳之間可以接一個(gè)補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。該補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)是一個(gè)負(fù)反饋環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)PI（比例-積分）控制。補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)由電阻和電容組成。o誤差放大器的同相輸入端為芯片內(nèi)部的2.5V參考電壓；反相輸入端為輸出電壓的反饋電壓。在額定輸出電壓時(shí)，反饋電壓為2.5V。o當(dāng)誤差放大器的輸出電壓低于1.4V時(shí)，UC3842不

35、輸出PWM脈沖。啟動(dòng)電阻R1 與啟動(dòng)電容C22的計(jì)算：oUC3842的額定啟動(dòng)電流為0.5mA，最大啟動(dòng)電流為1mA；o UC3842的啟動(dòng)電壓為16V；o啟動(dòng)時(shí)，UC3842外圍電路所需電流約1mA；o所以，總的啟動(dòng)電流取為1RI2mAo啟動(dòng)電阻R1為：o啟動(dòng)電阻R1的功率為：(min)116R2mAinV12RR11PIRoUC3842啟動(dòng)結(jié)束后，UC3842的消耗電流將隨著對MOSFET的驅(qū)動(dòng)而增加到100mA左右（主要隨負(fù)載變化），該電流由電容C22提供。這時(shí)，C22上的電壓將發(fā)生跌落，當(dāng)C22上的電壓降到10V以上時(shí)，UC3842仍然能夠正常工作。 o自饋繞組實(shí)現(xiàn)自饋電的時(shí)間Ton根

36、據(jù)開關(guān)周期決定，一般20KHZ以上都在5ms以內(nèi)，于是C22的容量為 ON24100mA T100mA 5ms83.3uF16V 10V16V 10Vcci tCuo如果需要更大的MOSFET驅(qū)動(dòng)電流，啟動(dòng)電容C22可以大一些，啟動(dòng)電容C22越大，則啟動(dòng)時(shí)間越長，可以起到軟啟動(dòng)的作用。電流負(fù)反饋和電流保護(hù)電路 o電流采樣電路由R11 、R18 、C23組成。其中，R11為電流采樣電阻；R18和C23組成RC低通濾波器，為電流采樣信號濾波，消除尖峰脈沖，如下圖。 o要求：RC濾波電路的時(shí)間常數(shù)應(yīng)該接近尖峰脈沖的持續(xù)時(shí)間（安森美的UC2843說明書），而尖峰脈沖的持續(xù)時(shí)間需要實(shí)驗(yàn)確定，一般為約為幾百納秒。oUC3842的內(nèi)部有一個(gè)電流比較器，3腳為該電流比較器的同相輸入端，反相輸入端為一個(gè)內(nèi)部的1V的電壓。當(dāng)3腳的反饋電壓高于1V時(shí)，則關(guān)斷PWM，電流保護(hù)發(fā)揮作用。o如果引腳3的輸入電壓達(dá)到1V，則電流保護(hù)開始動(dòng)作，使得引腳6無PWM脈沖輸出。這樣，限流閾值由下式?jīng)Q定：max1ssVIRo電流采樣電阻R11的功率為：112max11RsPIRMOSFET的保護(hù)電路復(fù)合緩沖電路 o緩沖電路（Snubber Circui